DE10220305A1

DE10220305A1 - Anordnung zum variablen Pumpen von Drucköl und Schmiereinrichtung

Info

Publication number: DE10220305A1
Application number: DE10220305A
Authority: DE
Inventors: Alvin Henry Berger
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2001-05-17
Filing date: 2002-05-07
Publication date: 2003-02-06
Anticipated expiration: 2022-05-08
Also published as: DE10220305B4; US20020172604A1; US6488479B1

Abstract

Eine Anordnung (18, 110, 210) zum variablen Pumpen von Drucköl, insbesondere zur Verwendung bei einem Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, weist eine Steuereinrichtung sowie einen Pumpenkörper (36, 112) mit einem Einlass (40, 216), einem Auslass (42, 218), einer Ventilkammer (44), einem zwischen dem Einlass (40, 216) und der Ventilkammer (44) angeordneten ersten Kanal (50) und einem zwischen dem Auslass (42, 218) und der Ventilkammer (44) angeordneten zweiten Kanal (52) auf. Die Anordnung (18, 110, 210) weist ferner eine Ventilvorrichtung (55, 114) zum Druckausgleich auf, welche einen beweglichen Plungerkolben (58, 118) beinhaltet, der zumindest teilweise in der Ventilkammer (4) angeordnet ist, um den Ölfluss durch die Ventilkammer (44) und hierdurch den Öldruck am Auslass (42, 218) zu kontrollieren. Eine Einstelleinrichtung (56, 116, 212) für den Plungerkolben (58, 118) ist mit der Ventilvorrichtung (55, 114) verbunden und zur Kommunikation mit der Steuervorrichtung ausgebildet. Die Einstelleinrichtung (56, 116, 212) für den Plungerkolben (58, 118) ist zur Steuerung der Bewegung des Plungerkolbens (58, 118), basierend auf durch die Steuereinrichtung ausgegebenen Steuersignalen, vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum variablen Pumpen von Drucköl, insbesondere zur Verwendung bei einem Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges. Die Erfindung betrifft ferner eine Schmiereinrichtung zum Zuführen von Öl in einen Motor.
Kraftfahrzeuge weisen üblicherweise einen Verbrennungsmotor und eine Schmiereinrichtung zur Versorgung verschiedener Schmierstellen des Motors mit Öl auf. Derartige Schmierstellen sind beispielsweise einfache Gleitlager bzw. ungeteilte Ringlager zur Aufnahme einer rotierenden Welle, wie beispielsweise einer Nockenwelle. Durch das Öl wird ein viskoser Reibungswiderstand auf der rotierenden Welle erzeugt, und dieser Reibungswiderstand wandelt mechanische Energie der Welle in Wärmeenergie im Öl um. Um ein Überhitzen des Öls innerhalb der Lager zu verhindern, wird den Lagern kontinuierlich unter Druck stehendes Öl mit niedrigerer Temperatur aus einer Ölpumpe der Schmiereinrichtung zugeführt. Das unter Druck stehende Öl mit niedrigerer Temperatur wird in die Lager gedrückt und verdrängt das erhitzte Öl aus den Lagern.
Wenn der Motor kalt ist, beispielsweise während eines Kaltstarts, ist das Öl in den Lagern ebenfalls kalt, und die Viskosität des Öls ist hoch. Hieraus folgt, dass es nicht wünschenswert ist, dieses Öl durch unter Druck stehendes Öl mit niedriger Temperatur zu ersetzen.
Anordnungen zum Variieren des Öldrucks des den Lagern eines Verbrennungsmotors zugeführten Öls sind bereits bekannt. Aus der US-PS 53 39 776 ist beispielsweise eine Schmiereinrichtung bekannt, die eine Ölpumpe beinhaltet, welche Öl aus einer Ölwanne abzieht. Die Schmiereinrichtung beinhaltet ferner ein Umleitungsventil, welches durch die Ölpumpe geliefertes Öl zurück in die Ölwanne umleiten kann, ohne dieses den Lagern zuzuführen. Weil das unter hohem Druck stehende Öl zurück in die Ölwanne abgelassen wird, kann in unerwünschter Weise Luft in das Öl gelangen. Darüber hinaus erfährt das in die Ölwanne abgelassene Öl in der Regel einen signifikanten Wärmeverlust.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zum variablen Pumpen von Drucköl und eine Schmiereinrichtung zum Zuführen von Öl in einen Motor zu schaffen, bei denen die Nachteile der bekannten Anordnungen und Schmiereinrichtungen vermieden werden und ein Variieren des Auslass-Öldrucks basierend auf einer oder mehreren Betriebsbedingungen ermöglicht wird. Das Variieren des Öldrucks sollte dabei ohne ein Umleiten des Hochdrucköls in eine Ölwanne ermöglicht werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Anordnung zum variablen Pumpen von Drucköl gemäß Patentanspruch 1, eine Anordnung zum variablen Pumpen von Drucköl gemäß Patentanspruch 6 und eine Schmiereinrichtung zum Zuführen von Öl in einen Motor gemäß Patentanspruch 7 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bilden die Gegenstände der jeweiligen Unteransprüche.

Die erfindungsgemäße Anordnung zum variablen Pumpen von Drucköl der eingangs genannten Art weist einen Pumpenkörper mit einem Einlass, einem Auslass, einer Ventilkammer, einem zwischen dem Einlass und der Ventilkammer angeordneten ersten Kanal und einem zwischen dem Auslass und der Ventilkammer angeordneten zweiten Kanal auf. Die Anordnung weist ferner eine Ventilvorrichtung zum Druckausgleich auf, welche einen beweglichen Plungerkolben beinhaltet, der zumindest teilweise in der Ventilkammer angeordnet ist, um den Ölfluss durch die Ventilkammer und hierdurch den Öldruck am Auslass zu kontrollieren. Eine Einstelleinrichtung für den Plungerkolben ist mit der Ventilvorrichtung verbunden und zur Kommunikation mit der Steuereinrichtung ausgebildet. Die Einstelleinrichtung für den Plungerkolben ist zur Steuerung der Bewegung des Plungerkolbens basierend auf durch die Steuereinrichtung ausgegebenen Steuersignalen vorgesehen.

Als Einstelleinrichtung für den Plungerkolben kann jeder geeignete Mechanismus dienen, der zur Beeinflussung der Bewegung des Plungerkolbens ausgebildet ist. Die Einstelleinrichtung für den Plungerkolben kann beispielsweise einen Elektromagneten beinhalten, welcher mit dem Pumpenkörper verbunden und zur elektrischen Verbindung mit der Steuereinrichtung ausgebildet ist. Bei einer solchen Ausgestaltung zieht der Elektromagnet den Plungerkolben zur Freigabe des Ölflusses durch die Ventilkammer in die geöffnete Stellung, wenn der Elektromagnet stromführend ist.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Plungerkolben einen vergrößerten Kopf mit einer ersten und einer zweiten Seitenfläche auf und die Einstelleinrichtung für den Plungerkolben beinhaltet ein mit dem Pumpenkörper verbundenes Gehäuse, welches eine Gehäusekammer bildet, die den vergrößerten Kopf aufnimmt. Das Gehäuse weist ferner eine erste und eine zweite Öffnung auf. Die erste Öffnung steht mit der ersten Seitenfläche des vergrößerten Kopfes in Fluidverbindung. Die zweite Öffnung steht mit der zweiten Seitenfläche des vergrößerten Kopfes in Fluidverbindung und ferner in Verbindung mit dem Einlass. Die Einstelleinrichtung für den Plungerkolben beinhaltet ferner ein Elektromagnetventil, welches zur elektrischen Verbindung mit der Steuereinrichtung und ferner zur Verbindung mit der ersten Öffnung, dem Einlass und dem Auslass ausgebildet ist. Die erste Öffnung ist dem Auslass-Öldruck ausgesetzt, wenn das Elektromagnetventil stromführend ist. Die erste Öffnung ist dagegen dem Einlass-Öldruck ausgesetzt, wenn das Elektromagnetventil nicht stromführend ist.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Plungerkolben einen vergrößerten Kopf mit einer ersten und einer zweiten Seitenfläche auf, und die Einstelleinrichtung für den Plungerkolben beinhaltet ein mit dem Pumpenkörper verbundenes Gehäuse, welches eine Gehäusekammer bildet, die den vergrößerten Kopf aufnimmt. Das Gehäuse weist ferner eine erste und eine zweite Öffnung auf. Die erste Öffnung steht mit der ersten Seitenfläche des vergrößerten Kopfes in Fluidverbindung. Die zweite Öffnung steht mit der zweiten Seitenfläche des vergrößerten Kopfes in Fluidverbindung und ferner in Verbindung mit dem Einlass, um die zweite Seitenfläche des vergrößerten Kopfes dem Einlass-Öldruck auszusetzen. Die Einstelleinrichtung für den Plungerkolben beinhaltet ferner eine zusätzliche Pumpe, welche zwischen der ersten Öffnung und dem Einlass angeordnet und zur elektrischen Verbindung mit der Steuereinrichtung ausgebildet ist. Die zusätzliche Pumpe liefert den Einlass-Öldruck an die erste Öffnung, wenn die zusätzliche Pumpe nicht aktiviert ist. Die zusätzliche Pumpe liefert dagegen einen Öldruck an die erste Öffnung, der größer als der Einlass-Öldruck ist, wenn die zusätzliche Pumpe aktiviert ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Motors mit erfindungsgemäßer Schmiereinrichtung, welche eine Anordnung zum Pumpen von Öl beinhaltet, die unter Druck stehendes Öl an die Schmierstellen des Motors liefert;
Fig. 2 eine vergrößerte Teilansicht der Anordnung zum Pumpen von Öl, mit einem Plungerkolben in geschlossener Stellung;
Fig. 3 eine vergrößerte Teilansicht der Anordnung zum Pumpen von Öl mit einem Plungerkolben in geöffneter Stellung;
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Anordnung zum Pumpen von Öl mit einem Plungerkolben in geschlossener Stellung;
Fig. 5 eine schematische Darstellung der zweiten Ausführungsform der Anordnung zum Pumpen von Öl mit dem Plungerkolben in geöffneter Stellung;
Fig. 6 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform der Anordnung zum Pumpen von Öl mit einem Plungerkolben in geschlossener Stellung, und
Fig. 7 eine schematische Darstellung der dritten Ausführungsform der Anordnung zum Pumpen von Öl mit dem Plungerkolben in geöffneter Stellung.
Fig. 1 zeigt eine Brennkraftmaschine bzw. einen (Verbrennungskraft-) Motor 10 für ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Schmiereinrichtung 12. Die Schmiereinrichtung 12 umfasst eine Ölwanne 14 und eine Saugleitung 16, welche Öl aus der Ölwanne 14 zu einer Anordnung 18 zum Pumpen von Öl leitet. Die Anordnung 18 zum Pumpen von Öl liefert unter Druck stehendes Öl an ein Ablaufrohr 19, welches zu einem Ölfilter 20 führt. Eine Ölleitung, wie beispielsweise eine Hauptleitung 22, führt von dem Ölfilter 20 zu einer Kurbelwelle 24 und einer Nockenwelle 26 des Motors 10. Innenliegende Leitungen (hier nicht dargestellt) durch die Kurbelwelle 24 liefern Öl an die Kurbelwellenlager 27 und die Pleuelstangenlager 28. In gleicher Weise liefern innerhalb der Nockenwelle 26 verlaufende Leitungen (hier nicht dargestellt) Öl an die Nockenwellenlager 30. (Schwerkraft-) Ableitungskanäle 32 führen das Öl in die Ölwanne 14 zurück. Die Schmiereinrichtung 12 beinhaltet ferner eine elektronische Steuereinrichtung, wie beispielsweise eine elektronische Steuereinheit 34 (ECU = electronic control unit), welche mit der Anordnung 18 zum Pumpen von Öl verbunden ist.
Gemäß den Fig. 1 bis 3 weist die Anordnung 18 zum Pumpen von Öl einen Pumpenkörper 36 und ein zum Unterdrucksetzen des Öls in dem Pumpenkörper 36 angeordnetes Pumpenelement 38 auf. Der Pumpenkörper 36 weist einen mit der Saugleitung 16 verbundenen Einlass 40 und einen mit dem Ablaufrohr 19 verbundenen Auslass 42 auf. Der Pumpenkörper 36 umfasst ferner eine Ventilkammer 44, eine Niedrigdruck-Kanalanordnung 46, die in Fluidverbindung mit der Ventilkammer 44 steht, und eine Hochdruck-Kanalanordnung 48. Die Niedrigdruck-Kanalanordnung (46) umfasst einen zwischen dem Einlass 40 und der Ventilkammer 44 angeordneten ersten Kanal 50 und einen Einlasskanal 51, der sich zwischen dem Einlass 40 und dem Pumpenelement 38 erstreckt. Die Hochdruck-Kanalanordnung 48 umfasst einen sich zwischen dem Auslass 42 und der Ventilkammer 44 erstreckenden zweiten Kanal 52 und einen Auslasskanal 53, der sich zwischen dem Pumpenelement 38 und dem Auslass 42 erstreckt. Der Pumpenkörper 36 beinhaltet darüber hinaus einen Verbindungskanal 54, welcher sich zwischen der Ventilkammer 44 und dem ersten Kanal 50 erstreckt.
Die Anordnung 18 zum Pumpen von Öl beinhaltet ferner eine Ventilvorrichtung 55 zum Druckausgleich, beispielsweise ein Überdruckventil, und eine Einstelleinrichtung 56 für einen Plungerkolben 58, die mit der Ventilvorrichtung 55 verbunden ist. Die Ventilvorrichtung 55 beinhaltet einen Kolben, beispielsweise den Plungerkolben 58, der zumindest teilweise in der Ventilkammer 44 angeordnet ist. Der Plungerkolben 58 kann zwischen einer in Fig. 2 dargestellten geschlossenen Stellung und einer in Fig. 3 dargestellten geöffneten Stellung bewegt werden. Der Plungerkolben 58 umfasst einen Plungerkörper 59 und einen mit dem Plungerkörper 59 verbundenen Kopf 60. Ein hier nicht dargestellter Kanal kann ferner beispielsweise durch den Kopf 60 führen, um dem durch den Kopf 60 verdrängten Öl und/oder der Luft zu ermöglichen, von einer Seite des Kopfes 60 zu der anderen Seite des Kopfes 60 zu strömen. Bei der in den Fig. 2 und 3 dargestellten Ausführungsform besteht der Plungerkörper 59 aus Stahl und der Kopf 60 aus Eisen. Der Plungerkolben 58 kann aber auch aus jedem anderen geeigneten Material bestehen.
Die Ventilvorrichtung 55 beinhaltet eine Feder 61, die den Plungerkolben 58 in Richtung der geschlossenen Stellung drückt. Der Plungerkolben 58 ist gegen die Spannung der Feder 61 bewegbar, wenn ein ausreichender Druckunterschied zwischen dem zweiten Kanal 52 und dem ersten Kanal 50 besteht. Der Plungerkolben 58 ist ferner auch gegen die Spannung der Feder 61 bewegbar, wenn die Einstelleinrichtung 56 für den Plungerkolben 58 wie nachfolgend näher beschrieben aktiviert ist.
Bei der Ausführungsform gemäß den Fig. 1 bis 3 besteht die Einstelleinrichtung 56 für den Plungerkolben 58 aus einer Solenoidanordnung bzw. einem Elektromagneten, welche bzw. welcher ein Gehäuse 62 und eine an dem Gehäuse 62 befestigte Elektromagnetwindung 63 umfasst. Die Elektromagnetwindung 63 ist ferner elektrisch mit der elektronischen Steuereinheit (ECU) 34 verbunden. Wenn die Elektromagnetwindung 63 nicht stromführend ist, bewegt sich der Plungerkolben 58 zwischen der geschlossenen und der geöffneten Stellung entsprechend dem Druckunterschied, der jeweils zwischen dem ersten Kanal 50 und dem zweiten Kanal 52 besteht. Wenn die Elektromagnetwindung 63 stromführend ist, wird der Kopf 60 des Plungerkolbens 58 in Richtung der Elektromagnetwindung 63 gezogen, wodurch eine Bewegung des Plungerkolbens 58 in Richtung der geöffneten Stellung, wie in Fig. 3 dargestellt, bewirkt wird. Die Einstelleinrichtung 56 für den Plungerkolben 58 kann daher zusätzlich zu der durch den Druckunterschied zwischen den Kanälen 50 und 52 erzeugten Kraft eine auf den Plungerkolben 58 wirkende Kraft ausüben. Hierdurch wird der Plungerkolben 58 gegen die Spannung der Feder 61 in Richtung der geöffneten Stellung bewegt. In alternativer Ausgestaltung der Erfindung kann die Einstelleinrichtung 56 für den Plungerkolben 58 auch jeder geeignete Mechanismus sein, der eine Bewegung des Plungerkolbens 58 bewirken kann.
Gemäß Fig. 1 steht die elektronische Steuereinheit (ECU) 34 mit einer Vielzahl von Sensoren, wie beispielsweise einem Öldrucksensor 64, Öltemperatursensoren 66 und 67, einem Motorlastsensor 68, einem Drehzahlmesser 70, einem Kühlmittel- Temperatursensor 72 und einem Ölviskositätssensor 73 in Verbindung. Basierend auf von den Sensoren 64 bis 73 eingehenden Daten erzeugt die elektronische Steuereinheit 34 geeignete Steuersignale zur Steuerung des Betriebs der Einstelleinrichtung 56 für den Plungerkolben 58.
Die elektronische Steuereinheit 34 kann beispielsweise als Teil der Anordnung 18 zum Pumpen von Öl ausgebildet sein. So kann die elektronische Steuereinheit 34 beispielsweise an oder in der Nähe des Pumpenkörpers 36 angebracht sein. In alternativer Ausgestaltung kann die elektronische Steuereinheit 34 auch als ein separater Bestandteil der Anordnung 18 zum Pumpen von Öl vorgesehen sein. So kann die elektronische Steuereinheit 34 z. B. eine Motorsteuerung sein, die an oder in der Nähe des Motorblocks 74 des Motors 10 angebracht ist. Bei einer solchen Anordnung kann die elektronische Steuereinheit 34 zur Steuerung weiterer Bestandteile des Motors 10, wie beispielsweise einer Kraftstoffversorgungseinrichtung (hier nicht dargestellt) und/oder einer Kühlmitteleinrichtung (hier nicht dargestellt), eingesetzt werden.
Anhand der Fig. 1 bis 3 wird im Folgenden der Betrieb des Motors 10 mit Schmiereinrichtung 12 näher beschrieben. Die Lager 27, 28 und 30 sind typischerweise so ausgebildet, dass diese einen bei Betrieb auftretenden Leckagebetrag aufweisen, der den Fluss einer angemessenen Menge von Öl durch die Lager 27, 28 und 30 zur Aufrechterhaltung einer unschädlichen Temperatur auch unter harten Betriebsbedingungen ermöglicht. Unter normalen Betriebsbedingungen kann jedoch dieser Ölfluss bewirken, dass die Lager 27, 28 und 30 bei niedrigeren Temperaturen als nötig betrieben werden. Diese niedrigen Temperaturen können zu einer den Kraftstoffverbrauch erhöhenden Reibung zwischen den Lagern 27, 28, 30 und dem Öl führen. Durch die Schmiereinrichtung 12 wird in vorteilhafter Weise eine Einstellung des Öldruckes unter derartigen Betriebsbedingungen und auch unter anderen Betriebsbedingungen ermöglicht, um die Menge des Öldurchflusses durch die Lager 27, 28 und 30 zu variieren.
Die elektronische Steuereinheit 34 erhält kontinuierlich Eingangsdaten von den Sensoren 64 bis 73, um die Betriebsbedingungen des Motors zu überwachen. Basierend auf diesen Betriebsbedingungen bestimmt die elektronische Steuereinheit 34 den gewünschten bzw. benötigten Öldruck für die Schmiereinrichtung 12. Die elektronische Steuereinheit 34 erzeugt dann passende Steuersignale zur Steuerung des Betriebs der Einstelleinrichtung 56 für den Plungerkolben 58, um den Öldruck zu regulieren. Unter Bedingungen mit niedriger Motorlast, wie unter normalen Betriebsbedingungen und/oder Startbedingungen, kann die elektronische Steuereinheit 34 beispielsweise die Elektromagnetwindung 63 mit Strom versorgen, um den Plungerkolben 58 in Richtung der geöffneten Position gemäß Fig. 3 zu bewegen. Dies hat zur Folge, dass Hochdrucköl von dem zweiten Kanal 52 in den ersten Kanal 50 fließt, wobei der Öldruck am Auslass 42 reduziert wird.
Wenn dagegen beispielsweise die Last des Motors über eine vorbestimmte Grenze hinaus ansteigt, kann über die elektronische Steuereinheit 34 die Stromversorgung der Elektromagnetwindung 63 abgeschaltet werden, mit der Folge, dass sich der Plungerkolben 58 zwischen der geschlossenen und geöffneten Stellung ausschließlich entsprechend dem Druckunterschied zwischen den Kanälen 50 und 52 bewegt.
Von der elektronischen Steuereinheit 34 können ferner geeignete Steuersignale erzeugt werden, um einen gewünschten Betriebszyklus bzw. Auslastungsgrad für die Elektromagnetwindung 63 zu erreichen. Darüber hinaus kann der Abstand bzw. Zwischenraum zwischen dem Kopf 60 und dem Gehäuse 62 entsprechend passend ausgestaltet sein, um einen Dämpfungseffekt zu erzielen, wenn sich der Plungerkolben 58 zwischen der geschlossenen und geöffneten Stellung bewegt. Bei einer solchen Ausgestaltung kann der Plungerkolben 58 eine Zwischenstellung oder einen mittleren Bereich von Stellungen zwischen der geschlossenen und der geöffneten Stellung insbesondere für einen bestimmten Betriebszyklus bzw. Auslastungsgrad einnehmen. Durch Verändern des Betriebszyklus bzw. Auslastungsgrades kann ferner die Zwischenstellung oder der mittlere Bereich der Stellungen des Plungerkolbens 58 variiert werden, um den gewünschten Öldruck für die Lager 27, 28 und 30 zur Verfügung zu stellen.
In periodischen Intervallen können beispielsweise Messungen mit den verschiedenen Sensoren 64 bis 73 vorgenommen werden, aus denen dann die elektronische Steuereinheit 34 eine abgeleitete Dicke des Ölfilms innerhalb der Lager 27, 28 und 30 berechnen kann. Wenn die abgeleitete Dicke des Ölfilms zu klein oder zu groß in Bezug auf die bestimmte Motordrehzahl und/oder Last des Motors ist, dann kann der Betriebszyklus bzw. die Auslastung für die Elektromagnetwindung 63 so eingestellt werden, dass der auf die Lager 27, 28 und 30 ausgeübte Öldruck ansteigt oder absinkt.
Wenn Öl durch die Anordnung 18 zum Pumpen von Öl fließt, verbraucht dass Pumpenelement 38 mechanische Energie, um den Druck des Öls zu erhöhen. Das Pumpenelement kann beispielsweise entweder direkt oder indirekt durch die Kurbelwelle 24oder andere geeignete Mittel angetrieben werden. Ein Teil der mechanischen Energie wird aufgrund von Faktoren wie Reibung und Scheren des Öls in thermische Energie innerhalb des Öls umgewandelt. Der Rest der mechanischen Energie wird in hydraulische Energie (Anstieg des Öldrucks mal dem Volumen des gepumpten Öls) umgewandelt. Wenn der Druck des Öls schließlich abfällt, wie innerhalb der Lager 27, 28 und 30 oder über der Ventilvorrichtung 55 zum Druckausgleich, wird diese hydraulische Energie in thermische Energie umgewandelt. Folglich wird die durch das Pumpenelement 38 verbrauchte mechanische Energie praktisch vollständig in thermische Energie innerhalb des Öls umgewandelt.
Wenn die Ventilvorrichtung 55 zum Druckausgleich das direkte Durchleiten von Hochdrucköl mit hoher Temperatur von dem zweiten Kanal 52 zum ersten Kanal 50 ermöglicht, erhöht sich die Temperatur des Öls auf der Einlassseite des Pumpenelement 38. Das in das Pumpenelement 38 eintretende Öl weist folglich eine verminderte Viskosität auf, was zu einer verbesserten Effizienz der Anordnung 18 zum Pumpen von Öl führt. Darüber hinaus ist die Temperatur des aus der Anordnung 18 zum Pumpen von Öl austretenden Öls erhöht und als Folge dessen die Viskosereibung innerhalb der Lager 27, 28 und 30 reduziert.
Die Schmiereinrichtung 12 weist ferner vielfache weitere Vorteile auf. So ist eine potentielle Anreicherung des Öls in der Ölwanne mit Luft gehemmt, weil das Hochdrucköl nicht in die Ölwanne 14 zurückgeführt wird. Zudem kann sich der Plungerkolben 58 aufgrund des Druckunterschieds zwischen den Kanälen 50 und 52 noch zwischen der geschlossenen und der geöffneten Stellung bewegen, auch wenn die Einstelleinrichtung 56 für den Plungerkolben 58 aus irgendeinem Grunde ausfallen sollte.
Die Fig. 4 und 5 zeigen eine zweite Ausführungsform der Anordnung zum Pumpen von Öl. Eine mit 110 bezeichnete Anordnung zum Pumpen von Öl beinhaltet einen Pumpenkörper 112, eine Ventilvorrichtung 114 zum Druckausgleich und eine Einstelleinrichtung 116 für einen Plungerkolben 118. Der Pumpenkörper 112 entspricht dem Pumpenkörper 36 der Anordnung 18 zum Pumpen von Öl. Daher wurden den entsprechenden Bestandteilen des Pumpenkörpers 112 und des Pumpenkörpers 36 die selben Bezugsziffern zugeordnet. Der Pumpenkörper 112 kann jedoch ohne den Verbindungskanal 54 des Pumpenkörpers 36 ausgebildet sein.
Die Ventilvorrichtung 114 entspricht der Ventilvorrichtung 54 und beinhaltet einen Plungerkolben 118 und eine Feder 61. Der Plungerkolben 118 weist einen Plungerkörper 121 und einen vergrößerten Bereich, entsprechend einem Kopf 122, mit einer ersten Seitenfläche 124 und einer zweiten Seitenfläche 126 auf. Der Plungerkolben 118 ist zwischen einer geschlossenen Stellung gemäß Fig. 4 und einer geöffneten Stellung gemäß Fig. 5 bewegbar.
Die Einstelleinrichtung 116 für den Plungerkolben 118 umfasst ein Gehäuse 128, welches mit dem Pumpenkörper 112 verbunden ist und eine Gehäusekammer 130 zur Aufnahme des Kopfes 122 bildet. Das Gehäuse 128 bildet vorzugsweise eine Dichtung mit der äußeren Begrenzung des vergrößerten Kopfes 122. Das Gehäuse 128 beinhaltet ferner eine erste Öffnung 132 und eine zweite Öffnung 134. Die erste Öffnung 132 steht in Fluidverbindung mit der ersten Seitenfläche 124 des vergrößerten Kopfes 122 und die zweite Öffnung 134 steht in Fluidverbindung mit der zweiten Seitenfläche 126 des vergrößerten Kopfes 122. Die zweite Öffnung 134 ist ferner mit dem Einlass 40 des Pumpenkörpers 112 verbunden.
Die Einstelleinrichtung 116 für den Plungerkolben 118 beinhaltet ferner ein geeignetes Ventil, wie beispielsweise ein Elektromagnetventil 136, welches an dem Pumpenkörper 112 befestigt und mit der elektronischen Steuereinheit 34 verbunden ist. In alternativer Ausgestaltung kann das Elektromagnetventil 136 auch von dem Pumpenkörper 112 beabstandet angeordnet sein.
Das Elektromagnetventil 136 weist eine erste Einlassöffnung 138, eine zweite Einlassöffnung 140 und eine Auslassöffnung 142 auf. Die erste Einlassöffnung 138 ist mit dem Einlass 40 des Pumpenkörpers 112 verbunden. Die zweite Einlassöffnung 140 ist mit dem Auslass 42 des Pumpenkörpers 112 verbunden. Die Auslassöffnung 142 ist mit der ersten Öffnung 132 verbunden. Wenn das Elektromagnetventil 136 nicht stromführend ist, sind beide Seitenflächen 124, 126 des vergrößerten Kopfes 122 dem selben Druck ausgesetzt. Die Einstelleinrichtung 116 für den Plungerkolben 118 übt daher keine Netto-Kraft auf den Plungerkolben 118 aus, so dass sich der Plungerkolben 118 aufgrund des Druckunterschieds zwischen den Kanälen 50 und 52 zwischen der geschlossenen und der geöffneten Stellung bewegt. Wenn dem Elektromagnetventil 136 durch die elektronische Steuereinheit 34 Strom zugeführt wird, wird der Auslass-Öldruck auf die erste Öffnung 132 ausgeübt, wodurch der Plungerkolben 118 in Richtung der geöffneten Stellung gemäß Fig. 5 getrieben wird. Folglich kann die Einstelleinrichtung 116 für den Plungerkolben 118 eine Kraft ausüben, die zusätzlich zu der durch den Druckunterschied zwischen den Kanälen 50 und 52 erzeugten Kraft auf den Plungerkolben 118 ausgeübt wird, um den Plungerkolben entgegen der Spannung der Feder 61 in Richtung der geöffneten Stellung zu bewegen. Darüber hinaus kann der Betriebszyklus bzw. Auslastungsgrad des Elektromagnetventils 136 in gleicher Weise, wie vorstehend beschrieben, eingestellt werden, um für den Plungerkolben 118 eine gewünschte bzw. benötigte Zwischenstellung oder einen mittleren Bereich der Stellungen zwischen der geschlossenen und der geöffneten Stellung zu erreichen.
In den Fig. 6 und 7 ist eine dritte, mit 210 bezeichnete Ausführungsform der Anordnung zum Pumpen von Öl dargestellt. Diese beinhaltet einen Pumpenkörper 112 und eine Ventilvorrichtung 114 zum Druckausgleich entsprechend der Anordnung 110 zum Pumpen von Öl. Die Anordnung 210 zum Pumpen von Öl weist ferner eine Einstelleinrichtung 212 für den Plungerkolben 118 auf. Die Einstelleinrichtung 212 für den Plungerkolben 118 entspricht der Einstelleinrichtung 116 für den Plungerkolben 118 und beinhaltet ein Gehäuse 128. Die Einstelleinrichtung 212 für den Plungerkolben 118 umfasst ferner eine zusätzliche Pumpe 214, die einen mit dem Einlass 40 des Pumpenkörpers 112 verbundenen Einlass 216 und einen mit der ersten Öffnung 132 des Gehäuses 128 verbundenen Auslass 218 aufweist. Die zusätzliche Pumpe 214 ist darüber hinaus mit der elektronischen Steuereinheit 34 verbunden. Die zusätzliche Pumpe 214 kann ferner auf dem Pumpenkörper 112, wie in Fig. 6 dargestellt, befestigt oder aber vom Pumpenkörper 112 beabstandet sein.
Wenn die zusätzliche Pumpe 214 nicht aktiviert ist, wird der Einlass-Öldruck auf die erste Öffnung 132 ausgeübt. Bei einer solchen Anordnung bewegt sich der Plungerkolben 118 zwischen einer geschlossenen Stellung gemäß Fig. 6 und einer geöffneten Stellung gemäß Fig. 7, wobei diese Bewegung auch hier aufgrund des Druckunterschiedes zwischen den Kanälen 50 und 52 erfolgt. Wenn die zusätzliche Pumpe 214 durch die elektronische Steuereinheit 34 aktiviert ist, liefert die zusätzliche Pumpe 214 Öldruck an die erste Öffnung 132, wobei dieser Öldruck höher als der Einlass-Öldruck ist. Folglich wird der Plungerkolben 118 in Richtung der geöffneten Stellung gemäß Fig. 7 getrieben. Die Einstelleinrichtung 212 für den Plungerkolben 118 kann also zusätzlich zu der durch den Druckunterschied zwischen den Kanälen 50 und 52 erzeugten Kraft eine Kraft liefern, die auf den Plungerkolben 118 wirkt, um den Plungerkolben 118 entgegen der Spannung der Feder 61 in Richtung der geöffneten Stellung zu bewegen. Der Betriebszyklus bzw. Auslastungsgrad der zusätzlichen Pumpe 214 kann darüber hinaus in ähnlicher Weise wie oben beschrieben eingestellt werden, um für den Plungerkolben eine gewünschte bzw. benötigte Zwischenstellung oder einen mittleren Bereich der Stellungen zwischen der geschlossenen und geöffneten Position zu erreichen.
Bei jeder der o. g. Ausführungsformen liefert die elektronische Steuereinheit 34 die erforderliche Energie zur Steuerung des Betriebs der Einstelleinrichtungen 56, 116 oder 212 für den Plungerkolben. Alternativ kann auch eine zusätzliche Energiequelle (hier nicht dargestellt) mit der Einstelleinrichtung 56, 116 oder 212 verbunden sein, ähnlich wie zwischen der elektronischen Steuereinheit 34 und der Einstelleinrichtung 56, 116 oder 212 für den Plungerkolben. Bezugszeichenliste 10 Motor
12 Schmiereinrichtung
14 Ölwanne
16 Saugleitung
18 Anordnung (zum Pumpen von Öl)
19 Ablaufrohr
20 Ölfilter
22 Hauptleitung
24 Kurbelwelle
26 Nockenwelle
27 Kurbelwellenlager
28 Pleuelstangenlager
30 Nockenwellenlager
32 Ableitungskanal
34 Steuereinheit (ECU)
36 Pumpenkörper
38 Pumpenelement
40 Einlass
42 Auslass
44 Ventilkammer
46 Niedrigdruck-Kanalanordnung
48 Hochdruck-Kanalanordnung
50 erster Kanal
51 Einlasskanal
52 zweiter Kanal
53 Auslasskanal
54 Verbindungskanal
55 Ventilvorrichtung (zum Druckausgleich)
56 Einstelleinrichtung (für den Plungerkolben)
58 Plungerkolben
59 Plungerkörper
60 Kopf
61 Feder
62 Gehäuse
63 Elektromagnetwindung
64 Öldrucksensor
66 Öltemperatursensor
67 Öltemperatursensor
68 Motorlastsensor
70 Drehzahlmesser
72 Kühlmittel-Temperatursensor
73 Ölviskositätssensor
74 Motorblock
110 Anordnung (zum Pumpen von Öl)
112 Pumpenkörper
114 Ventilvorrichtung (zum Druckausgleich)
116 Einstelleinrichtung (für den Plungerkolben)
118 Plungerkolben
121 Plungerkörper
122 Kopf
124 erste Seitenfläche
126 zweite Seitenfläche
128 Gehäuse
130 Gehäusekammer
132 erste Öffnung
134 zweite Öffnung
136 Elektromagnetventil
138 erste Einlassöffnung
140 zweite Einlassöffnung
142 Auslassöffnung
210 Anordnung (zum Pumpen von Öl)
212 Einstelleinrichtung (für den Plungerkolben)
214 Pumpe
216 Einlass
218 Auslass

Claims

1. Anordnung (18, 110, 210) zum variablen Pumpen von Drucköl, insbesondere zur Verwendung bei einem Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, mit einer Steuereinrichtung, gekennzeichnet durch
einen Pumpenkörper (36, 112) mit einem Einlass (40, 216), einem Auslass (42, 218), einer Ventilkammer (44), einem zwischen dem Einlass (40, 216) und der Ventilkammer (44) angeordneten ersten Kanal (50) und einem zwischen dem Auslass (42, 218) und der Ventilkammer (44) angeordneten zweiten Kanal (52),
eine Ventilvorrichtung (55, 114) zum Druckausgleich, welche einen beweglichen Plungerkolben (58, 118) beinhaltet, der zumindest teilweise in der Ventilkammer (44) angeordnet ist, um den Ölfluss durch die Ventilkammer (44) und hierdurch den Öldruck am Auslass (42, 218) zu kontrollieren, und
eine Einstelleinrichtung (56, 116, 212) für den Plungerkolben (58, 118), die mit der Ventilvorrichtung (55, 114) verbunden und zur Kommunikation mit der Steuereinrichtung ausgebildet ist, wobei die Einstelleinrichtung (56, 116, 212) für den Plungerkolben (58, 118) zur Steuerung der Bewegung des Plungerkolbens (58, 118) basierend auf durch die Steuereinrichtung ausgegebenen Steuersignalen vorgesehen ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstelleinrichtung (56, 116, 212) für den Plungerkolben (58, 118) einen Elektromagneten beinhaltet, welcher mit dem Pumpenkörper (36, 112) verbunden und zur elektrischen Verbindung mit der Steuereinrichtung ausgebildet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Plungerkolben (58, 118) zwischen einer geschlossenen Stellung zur Hemmung des Ölflusses durch die Ventilkammer (44) und einer geöffneten Stellung zur Freigabe des Ölflusses durch die Ventilkammer (44) bewegbar ist, wobei der Elektromagnet den Plungerkolben (58, 118) in die geöffnete Stellung zieht, wenn der Elektromagnet stromführend ist.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Plungerkolben (58, 118) einen vergrößerten Kopf (60, 122) mit einer ersten (124) und einer zweiten Seitenfläche (126) aufweist und die Einstelleinrichtung (56, 116, 212) für den Plungerkolben (58, 118) ein mit dem Pumpenkörper (36, 112) verbundenes Gehäuse (128) beinhaltet, welches eine Gehäusekammer (130) bildet, die den vergrößerten Kopf (60, 122) aufnimmt, wobei das Gehäuse (128) eine erste (132) und eine zweite Öffnung (134) aufweist und die erste Öffnung (132) mit der ersten Seitenfläche (124) des vergrößerten Kopfes (60, 122) in Fluidverbindung steht und die zweite Öffnung (134) mit der zweiten Seitenfläche (126) des vergrößerten Kopfes (60, 122) in Fluidverbindung und ferner in Verbindung mit dem Einlass (40, 216) steht, und dass die Einstelleinrichtung (56, 116, 212) für den Plungerkolben (58, 118) ferner ein Elektromagnetventil (136) beinhaltet, welches zur elektrischen Verbindung mit der Steuereinrichtung und ferner zur Verbindung mit der ersten Öffnung (132), dem Einlass (40, 216) und dem Auslass (42, 218) ausgebildet ist, wobei die erste Öffnung (132) dem Auslass-Öldruck ausgesetzt ist, wenn das Elektromagnetventil (136) stromführend ist, und die erste Öffnung (132) dem Einlass-Öldruck ausgesetzt ist, wenn das Elektromagnetventil (136) nicht stromführend ist.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Plungerkolben (58, 118) einen vergrößerten Kopf (60, 122) mit einer ersten (124) und einer zweiten Seitenfläche (126) aufweist und die Einstelleinrichtung (56, 116, 212) für den Plungerkolben (58, 118) ein mit dem Pumpenkörper (36, 112) verbundenes Gehäuse (128) beinhaltet, welches eine Gehäusekammer (130) bildet, die den vergrößerten Kopf (60, 122) aufnimmt, wobei das Gehäuse (128) eine erste (132) und eine zweite Öffnung (134) aufweist und die erste Öffnung (132) mit der ersten Seitenfläche (124) des vergrößerten Kopfes (60, 122) in Fluidverbindung steht und die zweite Öffnung (134) mit der zweiten Seitenfläche (126) des vergrößerten Kopfes (60, 122) in Fluidverbindung und ferner in Verbindung mit dem Einlass (60, 122) steht, um die zweite Seitenfläche (126) des vergrößerten Kopfes (60, 122) dem Einlass-Öldruck auszusetzen, und dass die Einstelleinrichtung (56, 116, 212) für den Plungerkolben (58, 118) ferner eine zusätzliche Pumpe (214) beinhaltet, welche zwischen der ersten Öffnung (132) und dem Einlass (40, 216) angeordnet und zur elektrischen Verbindung mit der Steuereinrichtung ausgebildet ist, wobei die zusätzliche Pumpe (214) den Einlass-Öldruck an die erste Öffnung (132) liefert, wenn die zusätzliche Pumpe (214) nicht aktiviert ist, und die zusätzliche Pumpe (214) einen Öldruck an die erste Öffnung (132) liefert, der größer als der Einlass-Öldruck ist, wenn die zusätzliche Pumpe (214) aktiviert ist.

6. Anordnung (18, 110, 210) zum variablen Pumpen von Drucköl, insbesondere zur Verwendung bei einem Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, mit einer Steuereinrichtung, gekennzeichnet durch
einen Pumpenkörper (36, 112) mit einem Einlass (40, 216), einem Auslass (42, 218), einer mit dem Einlass (40, 216) in Fluidverbindung stehenden ersten Kanalanordnung, einer mit dem Auslass (42, 218) in Fluidverbindung stehenden zweiten Kanalanordnung und einer zwischen den Kanalanordnungen angeordneten Ventilkammer (44),
eine Ventilvorrichtung (55, 114) zum Druckausgleich, welche einen beweglichen Plungerkolben (58, 118) beinhaltet, der zumindest teilweise in der Ventilkammer (44) angeordnet ist, um den Ölfluss durch die Ventilkammer (44) und hierdurch den Öldruck am Auslass (42, 218) zu kontrollieren, und
eine Einstelleinrichtung (56, 116, 212) für den Plungerkolben (58, 118), die mit der Ventilvorrichtung (55, 114) verbunden und zur Kommunikation mit der Steuereinrichtung ausgebildet ist, wobei die Einstelleinrichtung (56, 116, 212) für den Plungerkolben (58, 118) zur Steuerung der Bewegung des Plungerkolbens (58, 118) basierend auf durch die Steuereinrichtung ausgegebenen Steuersignalen vorgesehen ist.

7. Schmiereinrichtung (12) zur Versorgung eines Motors mit Öl, gekennzeichnet durch
eine Anordnung (18, 110, 210) zum Pumpen von Öl mit einem Pumpenkörper (36, 112) mit einem Einlass (40, 216), einem Auslass (42, 218), einer mit dem Einlass (40, 216) in Fluidverbindung stehenden ersten Kanalanordnung, einer mit dem Auslass (42, 218) in Fluidverbindung stehenden zweiten Kanalanordnung und einer zwischen den Kanalanordnungen angeordneten Ventilkammer (44), wobei die Anordnung (18, 110, 210) zum Pumpen von Öl ferner eine Ventilvorrichtung (55, 114) zum Druckausgleich, welche einen beweglichen Plungerkolben (58, 118) enthält, der zumindest teilweise in der Ventilkammer (44) angeordnet ist, um den Ölfluss durch die Ventilkammer (44) und hierdurch den Öldruck am Auslass (42, 218) zu kontrollieren, und eine Einstelleinrichtung (56, 116, 212) für den Plungerkolben (58, 118) aufweist, die mit der Ventilvorrichtung (55, 114) zur Steuerung der Bewegung des Plungerkolbens (58, 118) verbunden ist, und
eine elektronische Steuereinrichtung, die mit der Einstelleinrichtung (56, 116, 212) für den Plungerkolben (58, 118) zur Steuerung der Einstelleinrichtung (56, 116, 212) für den Plungerkolben (58, 118) verbunden ist.

8. Schmiereinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstelleinrichtung (56, 116, 212) für den Plungerkolben (58, 118) einen Elektromagneten beinhaltet, welcher mit dem Pumpenkörper (36, I12) verbunden und mit der Steuereinrichtung elektrisch verbunden ist.

9. Schmiereinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Plungerkolben (58, 118) zwischen einer geschlossenen Stellung zur Hemmung des Ölflusses durch die Ventilkammer (44) und einer geöffneten Stellung zur Freigabe des Ölflusses durch die Ventilkammer (44) bewegbar ist, wobei der Elektromagnet den Plungerkolben (58, 118) in die geöffnete Stellung zieht, wenn der Elektromagnet stromführend ist.

10. Schmiereinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Plungerkolben (58, 118) einen vergrößerten Kopf (60, 122) mit einer ersten (124) und einer zweiten Seitenfläche (126) aufweist und die Einstelleinrichtung (56, 116, 212) für den Plungerkolben (58, 118) ein mit dem Pumpenkörper (36, 112) verbundenes Gehäuse (128) beinhaltet, welches eine Gehäusekammer (130) bildet, die den vergrößerten Kopf (60, 122) aufnimmt, wobei das Gehäuse (128) eine erste (132) und eine zweite Öffnung (134) aufweist und die erste Öffnung (132) mit der ersten Seitenfläche (124) des vergrößerten Kopfes (60, 122) in Fluidverbindung steht und die zweite Öffnung (134) mit der zweiten Seitenfläche (126) des vergrößerten Kopfes (60, 122) in Fluidverbindung und ferner in Verbindung mit dem Einlass (40, 216) steht, und dass die Einstelleinrichtung (56, 116, 212) für den Plungerkolben (58, 118) ferner ein Elektromagnetventil (136) beinhaltet, welches mit der Steuereinrichtung elektrisch verbunden und ferner mit der ersten Öffnung (132), dem Einlass (40, 216) und dem Auslass (42, 218) verbunden ist, wobei die erste Öffnung (132) dem Auslass-Öldruck ausgesetzt ist, wenn das Elektromagnetventil (136) stromführend ist, und die erste Öffnung (132) dem Einlass-Öldruck ausgesetzt ist, wenn das Elektromagnetventil (136) nicht stromführend ist.

11. Schmiereinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Plungerkolben (58, 118) einen vergrößerten Kopf (60, 122) mit einer ersten (124) und einer zweiten Seitenfläche (126) aufweist und die Einstelleinrichtung (56, 116, 212) für den Plungerkolben (58, 118) ein mit dem Pumpenkörper (36, 112) verbundenes Gehäuse (128) beinhaltet, welches eine Gehäusekammer (130) bildet, die den vergrößerten Kopf (60, 122) aufnimmt, wobei das Gehäuse (128) eine erste (132) und eine zweite Öffnung (134) aufweist und die erste Öffnung (132) mit der ersten Seitenfläche (124) des vergrößerten Kopfes (60, 122) in Fluidverbindung steht und die zweite Öffnung (134) mit der zweiten Seitenfläche (126) des vergrößerten Kopfes (60, 122) in Fluidverbindung und ferner in Verbindung mit dem Einlass (40, 216) steht, um die zweite Seitenfläche (126) des vergrößerten Kopfes (60, 122) dem Einlass-Öldruck auszusetzen, und dass die Einstelleinrichtung (56, 116, 212) für den Plungerkolben (58, 118) ferner eine zusätzliche Pumpe (214) beinhaltet, welche zwischen der ersten Öffnung (132) und dem Einlass (40, 216) angeordnet und mit der Steuereinrichtung elektrisch verbunden ist, wobei die zusätzliche Pumpe (214) den Einlass-Öldruck an die erste Öffnung (132) liefert, wenn die zusätzliche Pumpe (214) nicht aktiviert ist, und die zusätzliche Pumpe (214) einen Öldruck an die erste Öffnung (132) liefert, der größer als der Einlass-Öldruck ist, wenn die zusätzliche Pumpe (214) aktiviert ist.